CZ288978B6

CZ288978B6 - Způsob tepelného zpracování přírodních materiálů vulkanického původu

Info

Publication number: CZ288978B6
Application number: CZ20001935A
Authority: CZ
Inventors: Milan Ing. Csc. Hájek; Jiří Doc. Ing. Drsc Draho©
Original assignee: Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republ
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-10-17
Also published as: CZ20001935A3

Abstract

P°i zp sobu tepeln ho zpracov n p° rodn ch materi l vulkanick ho p vodu se p° rodn materi l vystav · ink m mikrovlnn ho z °en o frekvenci 1 MHz a 10 GHz, s v²hodou 27 MHz, 896 MHz, 915 MHz nebo 2450 MHz, ve vs dkov m i kontinu ln m procesu, p°i em p° rodn m materi lem m e b²t edi , ula, mramor, andesit, sienit a dal materi ly absorbuj c mikrovlnn z °en s mo n²m p° davkem aditiva vybran ho ze skupiny karbid nitrid i borid .\

Description

(57) Anotace:

Při způsobu tepelného zpracování přírodních materiálů vulkanického původu se přírodní materiál vystaví účinkům mikrovlnného záření o frekvenci 1 MHz až 10 GHz, s výhodou 27 MHz, 896 MHz, 915 MHz nebo 2450 MHz, ve vsádkovém či kontinuálním procesu, přičemž přírodním materiálem může být čedič, žula, mramor, andesiL sienit a další materiály absorbující mikrovlnné záření s možným přídavkem aditiva vybraného ze skupiny karbidů nitridů či boridů.

CO

CD co rco co CM

N O

Způsob tepelného zpracování přírodních materiálů vulkanického původu

Oblast vynálezu

Vynález se týká tepelného zpracování přírodních materiálů vulkanického původu jako je například čedič, žula, mramor, andezit, sienit apod.. Pod pojmem zpracování se přitom rozumí tavení či čeření přírodních materiál, například čedičové drti (štěrku), jejich vytvrzování či formování na užitkové předměty jako jsou dlaždice, obkladačky, tyče, vlákna, izolační vaty, umělecké předměty apod.

Dosavadní stav techniky

V současné době se k tavení čediče využívá téměř výhradně tavící pece vyhřívané plynovými hořáky. Jejich nevýhodou je značná váha a robustnost vzhledem k nutnosti vyhřívání celé pece vyžadující silnostěnné izolační vrstvy-šamot a tím je znemožněna např. jejich mobilita, tj. možnosti přemisťování z místa na místo. Z hlediska životního prostředí kromě toho vznikají škodlivé spaliny ze spaliny značného množství plynu a nepříjemné je i silné sálání tepla do pracovního prostoru. Byla snaha tyto klasické tavící pece nahradit elektrickými resp. indukčními pecemi, avšak vzhledem k požadovaným parametrům jako je teplota, výkon, spotřeba energie, je jejich použití velmi omezené zejména z ekonomických důvodů. Rychlé roztavení přírodního materiálu klasickými druhy ohřevu je totiž znevýhodněno jejich nízkou tepelnou vodivostí. Kromě toho materiály obsahující železo, jako např. čedič, účinně odrážejí infračervené paprsky a hloubka jejich ohřevu je tedy značně omezená.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu tepelného zpracování přírodních materiálů vulkanického původu, který odstraňuje uvedené nedostatky, spočívá vtom, že se přírodní materiál vystaví účinkům mikrovlnného záření o frekvenci 1 Mhz až 10 GHz ve vsádkovém či kontinuálním procesu.

Podstatné znaky způsobu podle vynálezu lze konkretizovat, respektive dále rozvíjet příkladně v následujících provedeních.

Přírodním materiálem je čedič, žula, mramor, andezit, sienit a další materiály absorbující mikrovlnné záření.

Tepelné zpracování materiálů s nízkou mírou absorpce mikrovln lze provádět s výhodou v přítomnosti aditiva ze skupiny karbidů, nitridů či boridů za účelem urychlení tavby.

Aditivum je vybráno ze skupiny karbidů wolframu WC, křemíku SiC, boru B₄C, titanu TiC nebo nitridů vanadu VN, boru BN, křemíku Si₃N₄ nebo boridů titanu TiB₂, niobu NB₂, vanadu VB₂, wolframu WB₂, zirkonu ZrB₂, nebo hliníku A1B₂ nebo jejich směsi.

Pro mikrovlnné záření se přednostně použije frekvence vybrané ze skupiny 27 Mhz, 500 Mhz 896 Mhz, 915 Mhz nebo 2450 Mhz.

Způsob podle vynálezu je tudíž založen na využití mikrovlnné energie k selektivnímu ohřevu přírodních materiálů vulkanického původu například čediče, mramoru apod. To znamená, že se ohřívá pouze požadovaný materiál, a to rovnoměrně v celém objemu, přičemž okolí zůstává tepelně nedotčeno. Tímto způsobem se dodaná energie využije výhradně k roztavení požadovaného materiálu a není nutné vyhřívat celou pec. Proces tavení je extrémně rychlý a ekonomický a je omezen pouze tepelnou odolností tavícího keramického kelímku či vany.

-1 CZ 288978 B6

Tepelne ztráty jsou temer uplne eliminovaný účinnou tepelnou izolací na bázi plstě např. z oxidu hlinitého.

Nežádoucí jevy jako ztráty či těkání materiálu jsou při mikrovlnném tavení úplně potlačeny. Vlastnosti materiálu zůstávají zcela zachovány. Výhody vynálezu založené na využití mikrovlnného ohřevu lze stručně shrnout do následujících bodů:

Rychlý a objemový ohřev - objemovým ohřevem se na rozdíl od klasického ohřevu rozumí vlastnost mikrovln ohřívat materiál téměř rovnoměrně, a to směrem ze středu ke stěnám.

Selektivní ohřev - vlastnost selektivního ohřevu spočívá vtom, že dochází k ohřevu pouze požadovaného materiálu a nikoliv okolí, které zůstává chladné.

Trvalé zapnutí pece není nutné-pec lze kdykoliv vypnout a znovu zapnout, tj. není třeba ji udržovat v neustálém provozu.

Nízká spotřeba elektrické energie a tím i podstatně nižší provozní náklady - tento bod je důsledkem předcházejících bodů.

Zdravotně nezávadné pracovní prostředí - z hlediska životního prostředí nedochází k vývoji škodlivých spalin ani ke zvýšení teploty pracovního prostředí jako u klasických plynem vyhřívaných pecí.

Kromě tavení je možné využití pece pro čeření, vytvrzování, formování či tažení roztavených přírodních materiálů na užitkové předměty jako jsou dlaždice, obkladačky, tyče, vlákna, izolační vaty, umělecké předměty apod.

Popis obrázků na výkrese

Na připojeném výkrese je schematicky v osovém řezu znázorněno jedno z možných provedení taviči pece podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Do keramického kelímku o objemu 4 1 bylo vloženo 5 kg čedičové drti o velikosti částic od 0,2 do 60 mm a kelímek byl vložen do mikrovlnné pece. Po uzavření pece byl obsah kelímku zahříván mikrovlnným zářením o frekvenci 2450 Mhz a o výkonu 4 kW do roztavení náplně na teplotu až 1600 °C. Tavenina byla dále udržována při teplotě 1200 ± 50 °C a zpracována na různé užitkové předměty.

Příklad 2

Do keramického kelímku o objemu 10 1 bylo vloženo 8 kg čedičové drti o velikosti částic od 2 do 100 mm a kelímek byl vložen do mikrovlnné pece. Po uzavření pece byl obsah kelímku účinkem mikrovlnné energie o frekvenci 915 Mhz zahříván do roztavení a vyčeření taveniny na teplotu 1450 °C a poté na 1200 °C. Tavenina byla dále udržováno při teplotě 1200 °C a zpracována tažením na vlákna či foukáním na izolační vatu.

-2CZ 288978 B6

Příklad 3

Do keramické vaničky se spodní výpustí o objemu 20 1 umístěné v mikrovlnné peci bylo vloženo30 kg přírodního materiálu ze skupiny čediče, žuly, mramoru apod. případně ve směsi s aditivem ze skupiny karbidů, nitridů a boridů v množství 1 až 10 % hmotn. za účelem urychlení tavby. Účinkem mikrovlnné energie se vsazený materiál roztavil a tavenina se vypouštěla spodním otvorem. Množství vypouštěné taveniny se současně doplňovalo výchozí surovinou takovou rychlostí, aby byl ve vaničce stálý objem taveného materiálu.

Příklad 4

Vsádková či kontinuální mikrovlnná sklářská pec obsahuje vnější plášť 8.2 a vnitřní plášť 8.1. Vnitřní plášť 8.1 vymezuje tepelně izolační prostor, který je vyplněn izolačním žáruvzdorným materiálem 3 z oxidu hlinitého - korundu, který je transparentní pro mikrovlny i při vysokých teplotách. Na vnitřním plášti 8.1 jsou umístěny jednotlivé magnetrony 1.1, 1.2. 1.3, 1,4. které zasahují do meziprostoru mezi vnitřní pláštěm 8.1 a vnějším pláštěm 8.2. V meziprostoru je rovněž umístěný ventilátor 4 ke chlazení magnetronů 1.1 - 1.4. V horní části je sklářská pec opatřena víkem 10, z kterého vyčnívá hrdlo 7. Na víku 10 jsou instalovány 2 bezpečnostní spínače 9.1 a 92. Na hrdlo 7 dále navazuje infračervené čidlo 5, které je napojeno na měnič a regulátor teploty 6 s mikroprocesorem pro řízení režimu pece. Spodní dno vnějšího pláště 82 je opatřeno manipulačními transportními koly 14. Do izolačního prostoru je vložena vanička 2 s náplní sklářského materiálu.

Nejméně čtyři generátory mikrovln - magnetrony LI^-LI generují mikrovlny o frekvenci 2450 Mhz sjednou až dvojitou emisí za účelem dosažení co nejhomogennějšího elektromagnetického pole. Celkový mikrovlnný výkon byl volen podle požadavku na množství přírodního materiálu a pohyboval se v rozmezí od 2 do 6 kW na 10 až 15 kg vsádky. Teplota taveniny byla měřena bezkontaktním infračerveným čidlem 5 a regulována měřičem a regulátorem teploty 6 s mikroprocesorem. Bezpečnostní spínače 9.1 a 9.2 na víku 11 slouží k zabránění úniku mikrovln při otevření pece tak, že záření se po otevření pece vypne. Otvor 12 slouží k plynulému doplňování výchozího materiálu do vaničky a výpusť s uzávěrem 13 slouží ke kontinuálnímu odebírání taveniny.

Průmyslová využitelnost

Vynálezu je možné využít pro tavení či přípravu různých druhů přírodních materiálů především vulkanického původu, které absorbují mikrovlnné záření již při teplotě místnosti, jako je například čedič. Mikrovlnou pec lze výhodně využít v provozech pro tavení čediče, žuly, mramoru apod. na izolační vatu, vlákna či užitkové předměty jako jsou dlaždice, obkladačky, ale i vázy sošky apod. tj. i ve studiích, uměleckých atelierech, a provozech na zpracování čedičové a podobné suroviny. Vzhledem ke snadné mobilitě lze pec využívat i pro demonstraci na výstavách a pro výuku v odborných uměleckoprůmyslových školách.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob tepelného zpracování přírodních materiálů vulkanického původu, vyznačený tím, že přírodní materiál se vystaví účinkům mikrovlnného záření o frekvenci 1 MHz až 10 GHz ve vsázkovém či kontinuálním procesu.
2. Způsob tepelného zpracování přírodních materiálů podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že přírodní materiál je čedič, žula, mramor, andezit, sienit a další materiály absorbující mikrovlnné záření.
3. Způsob tepelného zpracování přírodních materiálů podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že tepelné zpracování se provádí v přítomnosti aditiva ze skupiny karbidů, nitridů či boridů.
4. Způsob tepelného zpracování přírodních materiálů podle nároku 1 nebo 2, vyznačený t í m, že aditivum je vybráno ze skupiny karbidů wolframu WC, křemíku SiC, boru B₄C, titanu TiC nebo nitridů vanadu VN, boru BN, křemíku SÍ3N4 nebo boridů titanu TiB₂, niobu NB₂, vanadu VB₂, wolframu WB₂, zirkonu ZrB₂, nebo hliníku A1B₂ nebo jejich směsi.
5. Způsob tepelného zpracování přírodních materiálů podle nároku 1, vyznačený tím, že mikrovlnné záření má frekvenci vybranou ze skupiny 27 Mhz, 500 Mhz 896 Mhz, 915 Mhz nebo 2450 Mhz.